Los científicos del Instituto de Investigación Scripps TSRI en La Jolla han revelado nuevas pistas sobre el cableado del cerebro. Un equipo dirigido por el Profesor Asociado Anton Maximov descubrió que las neuronas en las regiones del cerebro que almacenan memoria pueden formar redes en ausencia de sinápticaactividad.
"Nuestros resultados implican que el ensamblaje de circuitos neuronales en áreas requeridas para la cognición está controlado en gran medida por programas genéticos intrínsecos que operan independientemente del mundo externo", explicó Maximov.
Un fenómeno similar fue observado por el grupo del profesor Nils Brose en el Instituto Max Planck de Medicina Experimental en Alemania. Los dos estudios complementarios se publicaron conjuntamente como artículos de portada en la edición del 19 de abril de 2017 de la revista neurona .
La pregunta "Naturaleza versus crianza"
La experiencia hace que cada cerebro sea único al cambiar los patrones y las propiedades de las conexiones neuronales. La visión, el oído, el olfato, el gusto y el tacto desempeñan papeles particularmente importantes durante la vida postnatal temprana cuando se forma la mayoría de las sinapsis. También aparecen nuevas sinapsis en el cerebro adultodurante el aprendizaje. Estos cambios dependientes de la actividad en el cableado neuronal son impulsados por neurotransmisores químicos que transmiten señales de una neurona a otra. Sin embargo, los animales y los humanos tienen comportamientos innatos cuyas características son consistentes de generación en generación, lo que sugiere que algunas conexiones sinápticas están genéticamente predeterminadas.
La noción de que las neuronas no necesitan comunicarse para desarrollar redes también ha sido respaldada por descubrimientos anteriores de sinapsis en ratones que carecían de secreción de transmisor en todo el cerebro. Estos estudios se realizaron en el laboratorio del profesor Thomas Südhof, quien ganó el 2013Premio Nobel de Fisiología o Medicina.
"Pensamos que estos experimentos eran bastante intrigantes", dijo Maximov, "pero también tenían una limitación importante: los ratones con sistemas nerviosos completamente discapacitados se paralizaron y murieron poco después del nacimiento, cuando los circuitos en el cerebro aún son rudimentarios".
El equipo de TSRI se propuso investigar si las neuronas pueden formar y mantener conexiones con parejas apropiadas en animales genéticamente modificados que viven en la edad adulta, prácticamente sin actividad sináptica en el hipocampo, una región del cerebro que es crítica para el aprendizaje y el almacenamiento de memoria ".La idea puede parecer una locura a primera vista ", continuó Maximov," varias observaciones insinuaron que esta tarea es técnicamente factible. "De hecho, los mamíferos pueden sobrevivir con lesiones y anormalidades en el desarrollo que resultan en una pérdida masiva de tejido cerebral".
Inspirado por estos ejemplos, Richard Sando, un estudiante graduado en el laboratorio de Maximov, generó ratones cuyo hipocampo carecía permanentemente de secreción de glutamato, un neurotransmisor que activa las neuronas cuando se forma un recuerdo. A pesar de la aparente incapacidad para aprender y recordar, estos animales podríancomer, caminar, arreglarse e incluso participar en interacciones sociales rudimentarias.
Trabajando en estrecha colaboración con el profesor Mark Ellisman, que dirige el Centro Nacional de Investigación de Microscopía e Imágenes en la Universidad de California, San Diego, Sando y sus compañeros de trabajo luego examinaron la conectividad en áreas permanentemente inactivas. Combinar herramientas genéticas y de imágenes contemporáneas fuefructífero: el equipo de colaboración descubrió que varias etapas clave del desarrollo del circuito neuronal que se cree ampliamente que requieren actividad sináptica no se vieron notablemente afectadas en su modelo de ratón.
Los resultados de los análisis ultraestructurales fueron particularmente sorprendentes: resulta que la neurotransmisión es innecesaria para el ensamblaje de bloques de construcción básicos de conexiones sinápticas individuales, incluidas las llamadas espinas dendríticas que reclutan complejos de señalización que permiten a las neuronas detectar el glutamato.
Maximov enfatizó que los ratones no podían funcionar normalmente. En cierto modo, su hipocampo se puede comparar con una computadora que pasa por la línea de ensamblaje, pero nunca se conecta a una fuente de alimentación y se carga con el software. Como siguiente paso, elEl equipo tiene como objetivo explotar nuevos enfoques químico-genéticos para probar si las redes formadas intrínsecamente pueden apoyar el aprendizaje.
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Materiales proporcionado por El Instituto de Investigación Scripps . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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